Bài giảng Nhập môn điện toán: Chương 1.1 - ĐH Bách Khoa TP. HCM

Bài giảng Nhập môn điện toán - Chương 1: Khái niệm cơ bản cung cấp cho người học các kiến thức: Định nghĩa sơ khởi về máy tính số, lịch sử phát triển máy tính số, hệ thống số đếm, biểu diễn dữ liệu, luận lý máy tính. Mời các bạn cùng tham khảo.

Nhập mơn điện tốn Đối tượng: Sinh viên năm thứ khoa Khoa Học & Kỹ thuật Máy Tính, trường Đại Học Bách Khoa TpHCM Thời lượng học: See Schedule & Plan Phần lý thuyết: C1 Khái niệm C2 Phần cứng máy tính C3 Hệ điều hành C4 Mạng máy tính C5 Lập trình với máy tính C6 Cơ sở liệu C7 Các ứng dụng Tài liệu tham khảo : [1] Computing, 3rd ed., Geoffrey Knott & Nick Waites, 2000 [2] Tập Slide giảng & thực hành môn học Khoa KH & KT CuuDuongThanCong.com y nh, CH KHOA TP.HCM https://fb.com/tailieudientucntt Nhập mơn Điện Tốn - Chương Slide Chương KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Định nghĩa sơ khởi máy tính số 1.2 Lịch sử phát triển máy tính số 1.3 Hệ thống số đếm 1.4 Biểu diễn liệu 1.5 Luận lý máy tính Khoa KH & KT CuuDuongThanCong.com y nh, CH KHOA TP.HCM https://fb.com/tailieudientucntt Nhập mơn Điện Tốn - Chương Slide 1.1 Định nghĩa sơ khởi máy tính số  Trong sống, người biết chế tạo ngày nhiều công cụ, thiết bị để hỗ trợ hoạt động  Các cơng cụ, thiết bị chế tạo ngày tinh vi, phức tạp  công cụ, thiết bị thường thực vài cơng việc cụ thể (ví dụ, chổi để quét, radio để bắt nghe đài audio )  Máy tính số (digital computer) thiết bị đặc biệt,  thực số hữu hạn chức (tập lệnh)  chế thực lệnh tự động  danh sách lệnh thực gọi chương trình Khoa KH & KT CuuDuongThanCong.com y nh, CH KHOA TP.HCM https://fb.com/tailieudientucntt Nhập mơn Điện Tốn - Chương Slide Định nghĩa sơ khởi máy tính số (tt)  Các lệnh mà máy hiểu thực được gọi lệnh máy  Ngơn ngữ lập trình dùng để miêu tả lệnh, gồm yếu tố chính:  cú pháp qui định trật tự kết hợp phần tử để cấu thành lệnh (câu),  ngữ nghĩa cho biết ý nghĩa lệnh  Để giải cơng việc (bài tốn), ta chia vấn đề thành trình tự nhiều cơng việc nhỏ gọi giải thuật  Mỗi công việc nhỏ chia nhỏ phức tạp, ⇒ giải pháp miêu tả trình tự lệnh máy (chương trình ngôn ngữ máy) Khoa KH & KT CuuDuongThanCong.com y nh, CH KHOA TP.HCM https://fb.com/tailieudientucntt Nhập mơn Điện Tốn - Chương Slide Định nghĩa sơ khởi máy tính số (tt)  Q trình máy tính giải cơng việc ngồi đời gọi lập trình (qui trình xác định trình tự lệnh)  Cho đến nay, lập trình cơng việc người (với trợ giúp ngày nhiều máy tính)  Máy tính bao gồm tập lệnh máy sơ khai, lệnh máy thực công việc nhỏ đơn giản ⇒ giải pháp thực tế gồm trình tự lớn lệnh máy  Lập trình ngơn ngữ máy phức tạp, tốn nhiều thời gian, công sức, kết khó bảo trì, phát triển  Nhu cầu máy luận lý với tập lệnh (được đặc tả ngơn ngữ lập trình) cao cấp gần gủi với người Ta thường thực máy máy vật lý + chương trình dịch Khoa KH & KT CuuDuongThanCong.com y nh, CH KHOA TP.HCM https://fb.com/tailieudientucntt Nhập mơn Điện Tốn - Chương Slide Định nghĩa sơ khởi máy tính số (tt)  Có loại chương trình dịch :  trình biên dịch (compiler)  trình thơng dịch (interpreter)  Gọi ngơn ngữ máy vật lý N0; trình biên dịch ngơn ngữ N1 sang ngôn ngữ N0 nhận đầu vào chương trình viết ngơn ngữ N1, phân tích lệnh N1 chuyển thành danh sách lệnh ngơn ngữ N0 có chức tương đương  Để viết chương trình dịch từ ngơn ngữ N1 sang N0 dễ dàng, độ phức tạp lệnh ngôn ngữ N1 không cao so với lệnh ngôn ngữ N0  sau có máy luận lý hiểu ngơn ngữ luận lý N1,  định nghĩa thực máy luận lý N2 theo cách  …và tiếp tục đến có máy luận lý hiểu ngôn ngữ Nm gần gũi với người, dễ dàng miêu tả giải thuật tốn cần giải  Tuy nhiên, qui trình chưa có điểm dừng ! Khoa KH & KT CuuDuongThanCong.com y nh, CH KHOA TP.HCM https://fb.com/tailieudientucntt Nhập môn Điện Toán - Chương Slide Định nghĩa sơ khởi máy tính số (tt)  Ngơn ngữ máy vật lý : ngơn ngữ cấp thấp mà lập trình  loại ngơn ngữ mà máy vật lý hiểu trực tiếp, người gặp nhiều khó khăn việc viết bảo trì chương trình cấp  Ngơn ngữ assembly gần với ngôn ngữ máy + "lệnh macro" để nâng sức mạnh miêu tả giải thuật  lệnh tương ứng với lệnh máy, dạng gợi nhớ  Ngôn ngữ cấp cao theo trường phái lập trình cấu trúc (Pascal, C, )  tập lệnh ngôn ngữ mạnh gần với tư người  Ngôn ngữ hướng đối tượng (C++, Visual Basic, Java, C#, )  Cải tiến phương pháp lập trình cấu trúc cho sáng, ổn định, dễ phát triển thay linh kiện Khoa KH & KT CuuDuongThanCong.com y nh, CH KHOA TP.HCM https://fb.com/tailieudientucntt Nhập môn Điện Tốn - Chương Slide 1.2 Vài dòng lịch sử • Máy tính xuất từ lâu theo nhu cầu buôn bán trao đổi tiền tệ • Bàn tính tay abacus dạng sơ khai máy tính đơn vị đơn vị Khoa KH & KT CuuDuongThanCong.com y nh, CH KHOA TP.HCM https://fb.com/tailieudientucntt Nhập mơn Điện Tốn - Chương Slide Các hệ máy tính số Blaise Pascal (Pháp-1642) Charles Babbage (Anh-1830) ENIAC (1946) 18.000 bóng đèn 1500 rờ le 30 140 KW Intel 8080 (1974) xem CPU tích hợp chip Von Neumann (1945) Cơ Đèn điện tử PDP-1 (1961) IBM 360 (1965) 80x86 (1978) Transistors IC (1642 - 1945) Herman Hollerith lập IBM (International Business Machine) Mỹ - 1890 Khoa KH & KT CuuDuongThanCong.com y nh, (1945 - 1955) Bộ nhớ dây trễ, tĩnh điện Giấy, phiếu đục lổ Băng từ CH KHOA TP.HCM ? (1955 - 1965) (1965 - 1980) (1980 - ????) Bộ nhớ xuyến từ Băng từ, trống từ, đĩa từ https://fb.com/tailieudientucntt Nhập mơn Điện Tốn - Chương Slide 1.3 Hệ thống số đếm  Hệ thống số (number system) công cụ để biểu thị đại lượng Một hệ thống số gồm thành phần : 1) số : số lượng ký số (ký hiệu để nhận dạng số bản) 2) qui luật kết hợp ký số để miêu tả đại lượng 3) phép tính số  có thành phần khác hệ thống số, thành phần giống hệ thống số Ví dụ - hệ thập phân (decimal, denary) dùng 10 ký số : 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 - hệ nhị phân (binary) dùng ký số : 0,1 - hệ bát phân (octal) dùng ký số : 0,1,2,3,4,5,6,7 - hệ thập lục phân (hexadecimal) dùng 16 ký số : 9,A,B,C,D,E,F Khoa KH & KT CuuDuongThanCong.com y nh, CH KHOA TP.HCM https://fb.com/tailieudientucntt Nhập mơn Điện Tốn - Chương Slide 10 Phép And Ký hiệu dấu chấm phép nhân Bảng thật x y x.y 0 0 1 0 1 Khoa KH & KT CuuDuongThanCong.com y nh, CH KHOA TP.HCM Nhận xét y.0=0 y.1=y https://fb.com/tailieudientucntt Nhập mơn Điện Tốn - Chương Slide 56 Phép Or Ký hiệu dấu cộng phép cộng Bảng thật x y x+y 0 0 1 1 1 Khoa KH & KT CuuDuongThanCong.com y nh, CH KHOA TP.HCM Nhận xét y+0=y y+1=1 https://fb.com/tailieudientucntt Nhập mơn Điện Tốn - Chương Slide 57 Ví dụ phép luận lý Tính hàm f(x,y) = x y + x y x y x y x.y x.y f(x,y) 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 Khoa KH & KT CuuDuongThanCong.com y nh, CH KHOA TP.HCM https://fb.com/tailieudientucntt Nhập môn Điện Toán - Chương Slide 58 Phép Xor (Ex-Or) Ký hiệu dấu cộng vòng tròn phép modulo Bảng thật x y x y 0 0 1 1 1 Khoa KH & KT CuuDuongThanCong.com y nh, CH KHOA TP.HCM Nhận xét y0=y y1=y https://fb.com/tailieudientucntt Nhập mơn Điện Tốn - Chương Slide 59 Bảng tóm tắt Bảng thật NOT AND not y x and y OR XOR x or y x xor y x y 0 0 0 0 1 1 1 1 1 y and = y and = y Khoa KH & KT CuuDuongThanCong.com y nh, y or = y y or = CH KHOA TP.HCM y xor = y y xor = not y https://fb.com/tailieudientucntt Nhập mơn Điện Tốn - Chương Slide 60 Cổng luận lý NOT BUFFER AND NAND OR NOR XOR EX-NOR Khoa KH & KT CuuDuongThanCong.com y nh, CH KHOA TP.HCM https://fb.com/tailieudientucntt Nhập mơn Điện Tốn - Chương Slide 61 Chức đóng mở mức luận lý = 5V mức luận lý = 0V VCC R1 mức S1 = mở Cổng AND mức y and = y y and = 0 = đóng Khoa KH & KT CuuDuongThanCong.com y nh, CH KHOA TP.HCM https://fb.com/tailieudientucntt Nhập mơn Điện Tốn - Chương Slide 62 Chức đóng mở (tt.) mức luận lý = 5V mức luận lý = 0V VCC R1 mức S1 Cổng OR mức y or = 1 = đóng y or = y = mở Khoa KH & KT CuuDuongThanCong.com y nh, CH KHOA TP.HCM https://fb.com/tailieudientucntt Nhập mơn Điện Tốn - Chương Slide 63 Ứng dụng đơn giản cổng luận lý • Mạch cộng bán phần thực phép cộng hai bit, cho kết bit tổng S bit nhớ C • Mạch cộng tồn phần tương tự mạch cộng bán phần đầu vào có cộng thêm bit nhớ C0 • Mạch cộng tồn phần thiết kế dựa vào mạch cộng bán phần Khoa KH & KT CuuDuongThanCong.com y nh, CH KHOA TP.HCM https://fb.com/tailieudientucntt Nhập mơn Điện Tốn - Chương Slide 64 Mạch cộng bán phần x S Mạch cộng y C XOR x S y x y S C XOR AND 0 0 1 1 1 Khoa KH & KT CuuDuongThanCong.com y nh, CH KHOA TP.HCM C AND https://fb.com/tailieudientucntt Nhập môn Điện Tốn - Chương Slide 65 Mạch cộng tồn phần C0 x y Mạch cộng toàn phần S = x + y + C0 S = (x + y) + C0 Tính: S1 = x + y Tính: S2 = S1 + C0 Khoa KH & KT CuuDuongThanCong.com y nh, CH KHOA TP.HCM S C Cần cộng bán phần Cần cộng bán phần https://fb.com/tailieudientucntt Nhập mơn Điện Tốn - Chương Slide 66 Mạch cộng toàn phần (tt.) C0 S1 x Bán phần y Bán phần S C2 Cổng gì? C1 Nhớ (C = 1) trường hợp ? Khoa KH & KT CuuDuongThanCong.com y nh, CH KHOA TP.HCM C https://fb.com/tailieudientucntt Nhập môn Điện Tốn - Chương Slide 67 Mạch cộng tồn phần (tt.) C0 x y S C C0 S1 C1 C2 C 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 C = C1 = C2 = Khoa KH & KT CuuDuongThanCong.com y nh, CH KHOA TP.HCM https://fb.com/tailieudientucntt Nhập mơn Điện Tốn - Chương Slide 68 C0 y Mạch cộng bán phần Khoa KH & KT y x CuuDuongThanCong.com nh, S1 Mạch cộng bán phần S C2 C C1 CH KHOA TP.HCM https://fb.com/tailieudientucntt Nhập mơn Điện Tốn - Chương Slide 69 Mạch cộng nhiều bit x0 x1 x2 x3 Cộng y0 + y3y2y1y0 S4 S3S2S1S0 Cộng y1 Cộng y2 Cộng y3 Khoa KH & KT S0 x3x2x1x0 CuuDuongThanCong.com y nh, CH KHOA TP.HCM S1 S2 S3 C https://fb.com/tailieudientucntt Nhập mơn Điện Tốn - Chương Slide 70 ... thức sau : vnvn-1 v0.v-1 v-m Chấm B phân Q =  Bn + vn-1  Bn-1 + + v0  B0 + v-1  B-1 + + v-m  B-m n i hay  vi  B i = -m Khoa KH & KT CuuDuongThanCong.com y nh, CH KHOA TP .HCM https://fb.com/tailieudientucntt... 0011 0110 Khoa KH & KT CuuDuongThanCong.com y nh, 1001 x 0101 1001 0000 1001 0000 0101101 CH KHOA TP .HCM 1011 10 01 -0 0 11 -1 0 01 https://fb.com/tailieudientucntt Nhập môn Điện Toán - Chương 10... lý + chương trình dịch Khoa KH & KT CuuDuongThanCong.com y nh, CH KHOA TP .HCM https://fb.com/tailieudientucntt Nhập mơn Điện Tốn - Chương Slide Định nghĩa sơ khởi máy tính số (tt)  Có loại chương